特許 7307113 車両用電池パックユニットおよびそれを備える車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-03

(45)【発行日】2023-07-11

(54)【発明の名称】車両用電池パックユニットおよびそれを備える車両

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/242 20210101AFI20230704BHJP

   H01M 50/244 20210101ALI20230704BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20230704BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20230704BHJP

   H01M 50/289 20210101ALI20230704BHJP

   H01G 11/10 20130101ALI20230704BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20230704BHJP

   H01M 10/613 20140101ALN20230704BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALN20230704BHJP

【ＦＩ】

H01M50/242

H01M50/244 Z

H01M50/249

H01M50/209

H01M50/289

H01G11/10

B60K1/04 Z

H01M10/613

H01M10/6556

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021063421

(22)【出願日】2021-04-02

(65)【公開番号】P2022158479

(43)【公開日】2022-10-17

【審査請求日】2022-04-04

(73)【特許権者】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 直剛

(72)【発明者】

【氏名】松山 智

(72)【発明者】

【氏名】茂木 裕也

【審査官】井原 純

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２５４６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１５２００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１０４０３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０２１５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０３－１０４００２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００４－０２５９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１２３０３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

Ｂ６０Ｋ １／０４

Ｂ６０Ｒ １６／０４

Ｂ６０Ｌ ５０／６４

Ｈ０１Ｇ １１／１０

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ラダーフレームおよびサイドガードを有する車両に配置される車両用電池パックユニットであって、
筐体および該筐体に収容された蓄電モジュールを含み、前記ラダーフレームの外側に配置される電池パックと、
前記ラダーフレームに取り付けられ、前記ラダーフレームと前記サイドガードとの間で前記蓄電モジュールを支持するブラケットと、
前記蓄電モジュールの側方に配置された衝撃吸収部材とを備え、
前記衝撃吸収部材は、外筒部および該外筒部内に形成された複数の内筒部を含む、車両用電池パックユニット。

【請求項2】

前記衝撃吸収部材は、前記筐体の側面に取り付けられている、請求項１に記載の車両用電池パックユニット。

【請求項3】

前記衝撃吸収部材は、前記サイドガードと互いに接続されている、請求項１または請求項２に記載の車両用電池パックユニット。

【請求項4】

前記ブラケットの一部は、前記サイドガードを構成している、請求項１または請求項２に記載の車両用電池パックユニット。

【請求項5】

前記衝撃吸収部材の一部は、前記サイドガードを構成している、請求項１または請求項２に記載の車両用電池パックユニット。

【請求項6】

前記ブラケットは、前記筐体の一部を構成している、請求項１または請求項２に記載の車両用電池パックユニット。

【請求項7】

前記筐体の内部に、前記蓄電モジュールの幅方向において間隔をあけて互いに隣り合うように複数の前記蓄電モジュールが収容されており、
前記筐体の内部において、互いに隣り合う前記蓄電モジュール同士の間に、他の衝撃吸収部材が配置されており、
前記他の衝撃吸収部材は、外筒部および該外筒部内に形成された複数の内筒部を含み、かつ、前記筐体における前記ラダーフレームの延在方向の両端の内面と接するように配置されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用電池パックユニット。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の前記車両用電池パックユニットを備える、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、車両用電池パックユニットおよびそれを備える車両に関する。

【背景技術】

【0002】

電動トラック用バッテリモジュール構造を開示した先行文献として、特開２０１８－９８０３３号公報(特許文献１)がある。特開２０１８－９８０３３号公報に記載された電動トラック用バッテリモジュール構造は、ソケットベースと、複数のバッテリソケットとを備える。ソケットベースは、電動トラックのシャシフレーム間に設けられている。複数のバッテリソケットは、ソケットベースの架装物と対向する第１表面とは反対側の第２表面において、複数のバッテリセルが取り付け可能に構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－９８０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

シャシフレームであるラダーフレーム内に電池パックを搭載する場合、電池パックの搭載スペースが限られており電池容量を大きくすることができない。電池容量を大きくするために電池パックをラダーフレームの外側に配置した場合、車両の衝突時の衝撃が蓄電モジュールに加わる可能性がある。

【0005】

本技術は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、電池容量を大きくすることが可能となるとともに、車両の衝突時の衝撃が蓄電モジュールに加わることを抑制することができる、車両用電池パックユニットおよびそれを備える車両を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本技術に基づく車両用電池パックユニットは、ラダーフレームおよびサイドガードを有する車両に配置される車両用電池パックユニットである。車両用電池パックユニットは、電池パックと、ブラケットと、衝撃吸収部材とを備える。電池パックは、筐体および筐体に収容されている蓄電モジュールを含む。ブラケットは、ラダーフレームに取り付けられている。ブラケットは、ラダーフレームとサイドガードとの間で蓄電モジュールを支持する。衝撃吸収部材は、蓄電モジュールの側方に配置されている。

【発明の効果】

【0007】

本技術によれば、電池容量を大きくすることが可能となるとともに、車両の衝突時の衝撃が蓄電モジュールに加わることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】組電池の基本的構成を示す図である。

【図2】組電池における電池セルを示す図である。

【図3】実施の形態１に係る電池パックユニットの構成を示す断面図である。

【図4】衝撃吸収部材にサイドガードが取り付けられた状態を示す斜視図である。

【図5】図４のＶ方向から見た側面図である。

【図6】実施の形態２に係る電池パックユニットの構成を示す断面図である。

【図7】実施の形態３に係る電池パックユニットの構成を示す断面図である。

【図8】実施の形態４に係る電池パックユニットの構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

【0010】

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。

【0011】

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

【0012】

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。「集電部」は正極集電部材および負極集電部材を総称し得る。

【0013】

本明細書において、「蓄電セル」ないし「蓄電モジュール」は、電池セルないし電池モジュールに限定されず、キャパシタセルないしキャパシタモジュールを含み得る。

【0014】

（実施の形態１）
図１は、組電池の基本的構成を示す図である。図１に示すように、「蓄電モジュール」の一例としての組電池１０は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、バインドバー３００と、樹脂プレート４００とを備える。

【0015】

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（配列方向）に並ぶように設けられる。これにより、電池セル１００の積層体が形成される。電池セル１００同士の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。エンドプレート２００は、Ｙ軸方向において組電池１０の両端に配置されている。

【0016】

バインドバー３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態でバインドバー３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続するバインドバー３００に引張力が働く。その反作用として、バインドバー３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

【0017】

図２は、組電池における電池セルを示す図である。図２に示すように、電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０と、ガス排出弁１３０とを含む。

【0018】

電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。筐体１２０は、略直方体形状に形成されている。筐体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。ガス排出弁１３０は、筐体１２０上において、正極端子１１１と負極端子１１２との中間の位置に形成されている。ガス排出弁１３０は、筐体１２０内の圧力が閾値以上となった際に破断する。これにより、筐体１２０内の可燃性ガスが筐体１２０外に排出される。

【0019】

図３は、実施の形態１に係る電池パックユニットの構成を示す断面図である。図３においては、車両の側方の一方側に配置された電池パックユニットを図示している。車両は、たとえば、トラックなどの商用車などであってもよい。

【0020】

図３に示すように、実施の形態１に係る電池パックユニット１は、ラダーフレーム２およびサイドガード３を有する車両に配置される車両用電池パックユニットである。ラダーフレーム２は、はしご状の形状を有し、Ｙ軸方向に延在している。

【0021】

サイドガード３は、上下方向（Ｚ軸方向）およびＹ軸方向に延在する略平板状の形状を有している。サイドガード３は、車両の側面の下部に配置されており、ラダーフレーム２に対して固定されている。本実施の形態においては、サイドガード３は、ラダーフレーム２の下面に取り付けられた支持部材５に固定されて支持されている。

【0022】

電池パックユニット１は、電池パック８００と、ブラケット４と、衝撃吸収部材９００とを備える。電池パック８００は、筐体５００および筐体５００に収容されている組電池１０を含む。筐体５００は、パック底部５１０およびパック蓋部５２０から構成されている。

【0023】

パック底部５１０は、底面部５１２、側面部５１１およびフランジ部５１３を含む。本実施の形態においては、底面部５１２は、矩形平板状の形状を有している。側面部５１１は、底面部５１２の周縁から上下方向（Ｚ軸方向）に立設されている。フランジ部５１３は、側面部５１１の上端から水平方向外側に延在している。

【0024】

パック蓋部５２０は、蓋面部５２２、側面部５２１およびフランジ部５２３を含む。蓋面部５２２は、底面部５１２に対向配置される。側面部５２１は、蓋面部５２２の周縁から上下方向（Ｚ軸方向）に立設されている。フランジ部５２３は、側面部５２１の下端から水平方向外側に延在している。

【0025】

パック蓋部５２０は、パック底部５１０と組み合わされてパック底部５１０とともに組電池１０を収容する。具体的には、パック蓋部５２０のフランジ部５２３とパック底部５１０のフランジ部５１３とが互いに接続された状態において、パック底部５１０とパック蓋部５２０との間の空間に、組電池１０が収容される。組電池１０は、後述する冷却プレート６００を介してパック底部５１０に載置されている。

【0026】

本実施の形態においては、筐体５００の内部に複数の組電池１０が収容されている。なお、筐体５００の内部に組電池１０が１つのみ収容されていてもよい。

【0027】

組電池１０の幅方向（Ｘ軸方向）において互いに隣り合う組電池１０同士の間に、Ｙ軸方向の衝撃を吸収可能な衝撃吸収部材７００が配置されている。衝撃吸収部材７００は、筐体５００のＹ軸方向の両端の内面と接するように配置されている。衝撃吸収部材７００は、たとえば、外筒部内に複数の内筒部が形成されたクラッシュボックスである。衝撃吸収部材７００は、アルミニウム合金などから構成されている。

【0028】

Ｙ軸方向の衝撃が加わった際に衝撃吸収部材７００が変形して衝撃エネルギを吸収することにより、Ｙ軸方向の衝撃が組電池１０に加わることを抑制することができる。なお、衝撃吸収部材７００は、必ずしも設けられていなくてもよい。

【0029】

本実施の形態においては、電池パック８００は、パック底部５１０上に載置された冷却プレート６００をさらに含む。冷却プレート６００は、組電池１０を冷却する。本実施の形態においては、冷却プレート６００は、冷却プレート６００の内部を冷却水が循環するように構成されているが、放熱フィンを有する金属板で構成されていてもよい。また、冷却プレート６００は、必ずしも設けられていなくてもよい。

【0030】

ブラケット４は、ラダーフレーム２に取り付けられている。ブラケット４は、ラダーフレーム２とサイドガード３との間で組電池１０を支持する。具体的には、ブラケット４は、Ｙ軸方向から見てＬ字状の形状を有している。ブラケット４においては、上下方向に延在する部分がラダーフレーム２の外側面に取り付けられており、水平方向に延在する部分に電池パック８００が載置されて固定されている。ブラケット４は、鉄鋼材料またはＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）などから構成されている。

【0031】

衝撃吸収部材９００は、組電池１０の側方に配置されている。本実施の形態においては、衝撃吸収部材９００は、筐体５００の側面に取り付けられている。具体的には、衝撃吸収部材９００は、パック底部５１０のサイドガード３と対向する側面部５１１に、互いに螺合するボルト６およびナット７によって取り付けられている。衝撃吸収部材９００は、サイドガード３と電池パック８００との間に位置している。Ｙ軸方向において組電池１０が位置している範囲をカバーするように、衝撃吸収部材９００がＹ軸方向に延在している。

【0032】

衝撃吸収部材９００は、外筒部９２０内に複数の内筒部９１０が形成されたクラッシュボックスである。外筒部９２０および内筒部９１０の各々は、曲げ加工された複数の板金を互いに重ね合わせて接続することにより形成されている。衝撃吸収部材９００は、アルミニウム合金などから構成されている。

【0033】

Ｘ軸方向の衝撃が加わった際に衝撃吸収部材９００が変形して衝撃エネルギを吸収することにより、Ｘ軸方向の衝撃が組電池１０に加わることを抑制することができる。

【0034】

実施の形態１に係る電池パックユニット１においては、ラダーフレーム２の外側に電池パック８００を搭載することにより、電池パック８００の搭載スペースを広く確保することができるため、電池容量を大きくすることができる。また、組電池１０の側方に衝撃吸収部材９００を配置することにより、車両の衝突時のＸ軸方向の衝撃が組電池１０に加わることを抑制することができる。その結果、電池セル１００の安全性を高めることができる。

【0035】

実施の形態１に係る電池パックユニット１においては、衝撃吸収部材９００は、筐体５００の側面に取り付けられている。これにより、Ｘ軸方向の衝撃が加わった際に筐体５００が損傷することを抑制することができる。ひいては、組電池１０に衝撃が加わることを抑制することができる。

【0036】

本実施の形態においては、衝撃吸収部材９００は、筐体５００の外側に配置されているが、筐体５００の内側において組電池１０の側方に配置されていてもよい。この場合にも、車両の衝突時のＸ軸方向の衝撃が組電池１０に加わることを衝撃吸収部材９００によって抑制することができる。

【0037】

なお、サイドガード３は、衝撃吸収部材９００に取り付けられていてもよい。図４は、衝撃吸収部材にサイドガードが取り付けられた状態を示す斜視図である。図５は、図４のＶ方向から見た側面図である。図４および図５においては、電池パックにおいてはパック底部５１０のみ図示している。

【0038】

図４および図５に示すように、変形例に係る電池パックユニットにおいては、衝撃吸収部材９００は、サイドガード３と互いに接続されている。具体的には、衝撃吸収部材９００の外筒部９２０の一方側は、筐体５００の側面にボルト６およびナット７によって締結されており、外筒部９２０の他方側は、ボルト８およびナット９によってサイドガード３と締結されている。

【0039】

本変形例においては、サイドガード３と衝撃吸収部材９００とが面接触しているため、車両の衝突時のＸ軸方向の衝撃を衝撃吸収部材９００のサイドガード３との接触面全体で受けることができ、衝撃が組電池１０に加わることを衝撃吸収部材９００によって効果的に抑制することができる。

【0040】

（実施の形態２）
以下、実施の形態２に係る電池パックユニットについて図を参照して説明する。実施の形態２に係る電池パックユニットは、ブラケットの一部がサイドガードを構成している点が、実施の形態１に係る電池パックユニットと異なるため、実施の形態１に係る電池パックユニットと同様の構成については説明を繰り返さない。

【0041】

図６は、実施の形態２に係る電池パックユニットの構成を示す断面図である。図６においては、車両の側方の一方側に配置された電池パックユニットを図示している。

【0042】

図６に示すように、実施の形態２に係る電池パックユニット１Ａにおいては、ブラケット４Ａの一部がサイドガード３Ａを構成している。具体的には、Ｘ軸方向におけるブラケット４Ａのラダーフレーム２側とは反対側の端部が、上下方向に延在して衝撃吸収部材９００と対向しており、サイドガード３Ａとして機能する。

【0043】

実施の形態２に係る電池パックユニット１Ａにおいては、サイドガード３Ａを支持するための接続部材が不要になるため、電池パックユニット１Ａを軽量化することができる。また、電池パックユニット１Ａの組立工数を削減することができる。

【0044】

（実施の形態３）
以下、実施の形態３に係る電池パックユニットについて図を参照して説明する。実施の形態３に係る電池パックユニットは、衝撃吸収部材の一部がサイドガードを構成している点が、実施の形態１に係る電池パックユニットと異なるため、実施の形態１に係る電池パックユニットと同様の構成については説明を繰り返さない。

【0045】

図７は、実施の形態３に係る電池パックユニットの構成を示す断面図である。図７においては、車両の側方の一方側に配置された電池パックユニットを図示している。

【0046】

図７に示すように、実施の形態３に係る電池パックユニット１Ｂにおいては、衝撃吸収部材９００Ｂの一部がサイドガード３Ｂを構成している。具体的には、衝撃吸収部材９００Ｂの上部における外筒部９２０Ｂおよび内筒部９１０Ｂを構成する複数の板金が積層されている部分が、上下方向に延在しており、当該部分と、電池パック８００側とは反対側に位置する外筒部９２０Ｂを構成する板金とが、サイドガード３Ｂとして機能する。

【0047】

実施の形態３に係る電池パックユニット１Ｂにおいては、サイドガード３Ｂを支持するための接続部材が不要になるため、電池パックユニット１Ｂを軽量化することができる。また、電池パックユニット１Ｂの組立工数を削減することができる。

【0048】

（実施の形態４）
以下、実施の形態４に係る電池パックユニットについて図を参照して説明する。実施の形態４に係る電池パックユニットは、衝撃吸収部材の一部がサイドガードを構成している点、および、ブラケットが筐体の一部を構成している点が、実施の形態１に係る電池パックユニットと異なるため、実施の形態１に係る電池パックユニットと同様の構成については説明を繰り返さない。

【0049】

図８は、実施の形態４に係る電池パックユニットの構成を示す断面図である。図８においては、車両の側方の一方側に配置された電池パックユニットを図示している。

【0050】

図８に示すように、実施の形態４に係る電池パックユニット１Ｃは、電池パック８００Ｃと、ブラケット４Ｃと、衝撃吸収部材９００Ｃとを備える。ブラケット４Ｃが筐体５００Ｃの一部を構成している。具体的には、ブラケット４Ｃは、パック底部５１０Ｃを構成している。筐体５００Ｃは、ブラケット４Ｃの一部からなるパック底部５１０Ｃおよびパック蓋部５２０Ｃから構成されている。パック底部５１０Ｃの側面５１１Ｃに衝撃吸収部材９００Ｃが取り付けられている。

【0051】

電池パックユニット１Ｃにおいては、衝撃吸収部材９００Ｃの一部がサイドガード３Ｃを構成している。具体的には、衝撃吸収部材９００Ｃの上部および下部における外筒部９２０Ｃおよび内筒部９１０Ｃを構成する複数の板金が積層されている部分が、上下方向に延在しており、当該部分と、電池パック８００Ｃ側とは反対側に位置する外筒部９２０Ｃを構成する板金とが、サイドガード３Ｃとして機能する。

【0052】

実施の形態４に係る電池パックユニット１Ｃにおいては、ブラケット４Ｃが筐体５００Ｃの一部を構成していることにより、電池パックユニット１Ｃを軽量化することができる。また、サイドガード３Ｃを支持するための接続部材が不要になるため、電池パックユニット１Ｃを軽量化することができる。さらに、電池パックユニット１Ｃの組立工数を削減することができる。

【0053】

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0054】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 電池パックユニット、２ ラダーフレーム、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ サイドガード、４，４Ａ，４Ｃ ブラケット、５ 支持部材、６，８ ボルト、７，９ ナット、１０ 組電池、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０，５００，５００Ｃ 筐体、１３０ ガス排出弁、２００ エンドプレート、３００ バインドバー、４００ 樹脂プレート、５１０，５１０Ｃ パック底部、５１１，５２１ 側面部、５１１Ｃ 側面、５１２ 底面部、５１３，５２３ フランジ部、５２０，５２０Ｃ パック蓋部、５２２ 蓋面部、６００ 冷却プレート、７００，９００，９００Ｂ，９００Ｃ 衝撃吸収部材、８００，８００Ｃ 電池パック、９１０，９１０Ｂ，９１０Ｃ 内筒部、９２０，９２０Ｂ，９２０Ｃ 外筒部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】